CME頻掃射 大磁暴臨地球

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作者：李志濤

中國科學院國家空間科學中心

空間環境態勢感知技術重點實驗室

2019年5月14日，地球再次爆發大地磁暴，地磁Kp指數出現1個7、1個6（Kp指數範圍為0到9），地磁Ap指數達到了36，是今年以來最強的地磁擾動事件。而地球上次發生大地磁暴，則要追溯到2018年「中元節」事件期間的8月26日。

圖1 5月14日的大地磁暴

（圖片來源：https://www.swpc.noaa.gov/）

事後分析認為，本次大地磁暴的「元兇」是太陽上的活動區AR2740。它在5月10日爆發的B2級耀斑伴隨有日冕物質拋射（CME）。當CME中的大量高速等離子體雲經過日地之間3天多的奔波後，於13日晚到達地球附近，引起地球磁場的劇烈擾動，導致了這次地磁暴的發生。

圖2 5月10日爆發的耀斑

（圖片來源：https://sdo.gsfc.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

由於此次爆發正面朝向地球，SOHO衛星正好在日地連線上，而STEREO-A與太陽連線和SOHO衛星與太陽連線存在約100度的夾角，所以STEREO-A衛星比SOHO衛星監測到的CME更加明顯（圖3）。

（圖

片來源：https://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

圖4 SOHO衛星監測到的CME

（圖片來源：https://sdo.gsfc.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

面對這次CME爆發，國內外的空間天氣事件預報專家們踴躍而上，紛紛提出了自己的太陽風和地磁暴預報結果（圖5），大部分預計高速太陽風會在5月15日到達地球，普遍認為會引起明顯的地磁暴。

圖5 5月10日CME引起的激波和地磁暴預測

（圖片來源：hhttps://kauai.ccmc.gsfc.nasa.gov/）

最終，高速太陽風卻急匆匆地於5月13日晚上便迫不及待地來到地球（圖6），最快速度達到550km/是左右。這也從側面反映了空間天氣事件的預報難度確實比較大。

這次CME對地球磁場造成的結果是：5月14日，地磁Ap指數達到了36，標誌極光活動水平的AE指數達到1800nT左右，Dst指數達到-65nT左右。

圖6 5月10日CME在5月13日到達地球

（圖片來源：作者自繪）

圖7 5月14日的AE、AL等指數

圖8 5月13日-15日的Dst指數

（圖片來源：作者自繪）

進一步回顧，我們發現AR2740實在不簡單，生命力非常頑強。它雖然於5月3日轉入可視日面，但並不是日面上最近新生成的活動區。

實際上，它在3月20日就在日面生成，當時編號為AR2736，於3月24日轉出可視日面；隨後於4月7日重新轉入可視日面，編號為AR2738，於4月19日轉出可視日面；直到5月份再次轉入可視日面。

圖9 AR2736、AR2738、AR2740

（圖片來源：https://sdo.gsfc.nasa.gov/）

截至目前，這個活動區在日面上存在了50多天，最大時達到了400個太陽面積單位，磁類型最複雜時為Beta-Delta型，先後產生了三波耀斑。其中，在3月下旬產生了一些C級耀斑、在4月下旬產生了一些B級耀斑，一直沒有引起地磁暴。

圖10 AR2736、AR2738、AR2740產生的耀斑情況

（圖片來源：作者自繪）

直到5月份，截至5月10日，該活動區再次爆發了多個C級耀斑。其中5月3日的C1級、6日的C2級耀斑均伴隨有CME。

圖11 5月3日C1級耀斑伴隨的CME

（圖片來源：https://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

圖12 5月6日C2級耀斑伴隨的CME

（圖片來源：https://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

其中，5月3日C1級伴隨的CME拋射方向太偏，噴發的物質沒有朝向地球，沒有引起地磁暴；6日C2級耀斑伴隨的CME雖然也是一個偏暈CME，但仍有部分拋射物質到達了地球，在11日引起了小地磁暴。

圖13 5月11日的小地磁暴

（圖片來源：https://www.swpc.noaa.gov/）

此外，在5月6日，日面背後新生的活動區AR2741也轉入可視日面，面積最大達到了170個太陽面積單位，磁類型為Alpha型。

圖14 活動區AR2741

（圖片來源：https://sdo.gsfc.nasa.gov/）

截至5月15日，AR2741雖然沒有產生C級及其以上級別的耀斑，但在12日和13日分別產生的兩個B3級耀斑，都伴隨有朝向地球的CME。預計這兩撥CME將在16-17日引發地磁暴。

圖15

5月12日的CME

（圖片來源：https://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

圖16

5月13日的CME

（圖片來源：https://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/，gif文件作者自繪）

綜上可見，雖然我們現在處於第24太陽活動周的太陽活動低年，太陽活動水平較低，太陽上很少有什麼大的爆發活動。但是，近期太陽上的兩個活動區AR2740 和AR2741仍然非常活躍，持續爆發了一些小耀斑（C級和B級），並像是機關槍一樣不斷地向外拋射日冕物質（CME），主要成分是高速高溫的等離子體。如果這些噴射物質能夠到達地球附近，就會快速衝擊地球周圍的磁場，我們就得享受地磁暴盛宴了。當然，也是看極光的好時機。

圖 17 美國密歇根州5月14日拍到的極光

（圖片來源：http//www.spaceweather.com）

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